Thesis (Ph. D. in Science)--University of Tsukuba, (B), no. 1752, 2001.6.30Includes bibliographical references"[3]" is superscrip

Yawata Kazushi

八幡 和志

Tsukuba Repository

[3]He melting curves in high magnetic fields
著者 Yawata Kazushi
内容記述 Thesis (Ph. D. in Science)--University of
Tsukuba, (B), no. 1752, 2001.6.30
Includes bibliographical references
"[3]" is superscript
発行年 2001
URL http://hdl.handle.net/2241/5718
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　医294】
　　　　　　　　　　　や　　わた　　かず　　　し
氏名（本籍）　八幡和志（滋賀県）
学位の種類博士（理学）
学位記番号　博乙第1752号
学位授与年月日　　平成13年6月30日
学位授与の要件　　学位規則第4条第2項該当
審査研究科　　物理学研究科
学位論文題目　　3臨晦1tingCwesi淵ghMagne苗c鮮ields
　　　　　　　　　　　（高磁場中3臨融解圧曲線）
主査　筑波大学教授　理学博士　大塚洋一
副査　筑波大学教授　理学博士　舛本泰章
副　査　　筑波大学助教授　　理学博士　　平　島　　　大
副査　東京大学助教授　理学博士　福山　寛
論文の内容の要旨
　ヘリウムは凝縮系物理学・低温物理学の中で特殊な地位を占める物質である。液体ヘリウムはあらゆる物質の
中で最も低い沸点をもち，低温生成に必要不可欠であるのみならず，超流動という特異な性質を示す。また液相
が絶対零度まで安定に存在し，圧力を加えてはじめて固相ができる。これらはずべてヘリウム原子の軽さと原子
相互作用の弱さによる量子効果の現れである。
　ヘリウムの安定同位体の一つである3Heはフェルミ粒子であり，1／2の核スピンをもつ。核スピン間の相互作用
はヘリウム原子が隣接原子とトンネル効果で直接位置交換することで生じ，2体のみならず6体程度までの多体
交換相互作用が重要となり，他には例を見ない特異な磁性系を形作る。その相互作用により固体3Heは約1mKの
温度でU2D2とよばれる反強磁性相への転移を起こし，さらに磁場中ではこれとは異なるcantした反強磁性相
（冊P）への転移が認められている。上記の交換相互作用の成因が示唆するように交換相互作用はヘリウムモル体
積によって敏感に変わり，それに従って磁気相図もまた大きく変わる。これまでの研究によって高密度固体の磁
気相図についてはその全貌がほぼ明らかにされていたが，融解圧力近傍の低密度固体のHEP相はその一部しかわ
かっていなかった。
　本研究はこの低密度固体の旺P相の物性を従来の実験よりも高磁場領域にわたり，格段に高い精度で調べたも
のである。実験において著者は，3Heの融解圧力をO．4mK～140mKの超低温，2．OT～1全5Tの高磁場において精密
に測定した。この融解圧力からクラペイロン＝クラウジウスの関係式を用いて固体のエントロピーを算出し，そ
の温度変化を詳しく解析することによって常磁性相から旺Pへの転移温度を決定した。これによってこれまで8T
までに限られていた磁気相図を五4Tまで拡張し，旺Pの転移温度が約10Tで最大となり，より高磁場では減少す
ることをはじめて明らかにした。さらに既知の高密度固体ヘリウムの相線と比較することで，相線のモル体積依
存性を表すグリュナイゼン定数rが約18であることを示した。また，HFPにおける融解圧力の温度依存性をハイ
ゼンベルグ反強磁性体におけるスピン波理論に基づき解析し，各磁場におけるスピン波速度を算出した。この結
果を6体までの多体交換相互作用に考慮した反強磁性スピン波理論と比較検討した。また外挿によって得られた
絶対零度における融解圧力の磁場依存性からT・・Oにおける磁化曲線を計算し，これを外挿する事によって旺P
の上部臨界磁場を2王．5±O．4Tと見積った。上部臨界磁場に対するモル体積依存性はT＝199±O．3であり，相線
に対する値と一見矛盾する。この矛盾の回避は各多体交換相互作用が異なるモル体積依存性をもつことに求めら
’630一
れるが，その検証は今後の課題として残されている。
　本研究のもう一つの目的はミリケルビン領域の温度目盛として事実上の標準となっている3He融解圧力曲線を，
さらに磁場中における温度標準として拡張することにもある。測定された融解圧力を精度よく再現する実験式を
提案し，3．5mK＜T＜140mK，B＜14Tにおける温度目盛として利用できることを示した。
審査の結果の要旨
　本論文において著者は，固体3Heの融解圧力について綴密な実験を行い，融解曲線上の高磁場反強磁性相につい
て相線のリエントラントをはじめて確認し，モル体積依存性について精度の高い結果を得た。これは固体ヘリウ
ム研究における重要な進展をもたらしたと認められる。また，提案された融解圧温度目盛は従来適当な温度目盛
を欠いていた極低温高磁場領域での信頼度の高い高度標準としてきわめて重要な研究成果であり，今後大いに利
用されると期待できる。
　よって，著者は博士（理学）の学位を受けるに十分な資格を有するものと認める。
■631一


[3]He melting curves in high magnetic fields

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Tsukuba Repository